Know How: Turbo Part V

Ανατομία ενός σαλίγκαρου: η εισαγωγή του κελύφους

Ξεκινώντας απο εκεί που μείναμε τον προηγούμενο μήνα, θα δούμε, λοιπόν, σήμερα το συμπιεστή χωρίς τη φτερωτή του, δηλαδή σκέτο το σπειροειδές κέλυφος, ξεκινώντας από την εισαγωγή του κελύφους και του τούρμπο καθαυτού γενικότερα.  Πρόκειται για το σκέτο (για τα αυτοκίνητα τουλάχιστον, σε πιο βαρβάτες εφαρμογές μπορεί να έχει σταθερά πτερύγια καθοδήγησης της ροής, αισθητήρες θερμοκρασίας-πίεσης κτλ.) κοντό κυλινδρικό κομμάτι του κελύφους του τούρμπο πριν την είσοδο της φτερωτής, το οποίο καθορίζει (ή αν θέλετε καθορίζεται από) το inducer, πάνω στο οποίο -ανάλογα με την εφαρμογή- είτε προσαρμόζεται ο σωλήνας από το φιλτροκούτι, είτε το AFM, είτε κατευθείαν η χοάνη, είτε ένα απλό συρματόπλεγμα/καλσόν, είτε ...απολύτως τίποτα. Ακόμα όμως κι αν έχουμε διαλέξει η φτερωτή να βλέπει κατευθείαν ...άσφαλτο/dragstrip και δεν θέλουμε κανενός είδους μεγάλο ή μικρό φίλτρο αέρα πριν το τούρμπο, η τελευταία λύση, το «τίποτα» δηλαδή, δεν είναι η καλύτερη από πλευράς μείωσης των απωλειών ροής. Για την ακρίβεια μπορεί να αποδειχτεί και κακή επιλογή και εδώ στο παιχνίδι μπαίνουν τα λεγόμενα «air funnels» ή «air horns» ή «velocity stacks», που είναι τα γνωστά επιπρόσθετα χωνιά στην εισαγωγή του συμπιεστή με το στριμμένο χειλάκι περιφερειακά τους, διαθέσιμα σε διάφορα παλαβά χρώματα, όπως μωβ, ροζ και κάποια ωραία μπλε, πράσινα κτλ. Αυτά κάνουν περισσότερη δουλειά απ’ όσο νομίζουν πολλοί και στηρίζονται σε ακουστικές-κυματικές αρχές λειτουργίας, χωρίς τις οποίες πράγματα, όπως κόρνες, τρομπέτες και ...σάλπιγγες δεν θα ακούγονταν σοβαρά. Μέσω της σταδιακής μείωσης της διατομής τους και ρευστομηχανικών φαινομένων, τα οποία μας λένε ότι ο αέρας μπαίνοντας σε «απότομο» σωλήνα χωρίς χωνί στρίβει απότομα στην είσοδο (πράγμα που δεν θέλουμε, αφού αυξάνει τοπικά τις απώλειες), οι διατάξεις αυτές έχουν σκοπό να «ισιώσουν» και να εξομαλύνουν τη ροή, δηλαδή να μετατρέψουν στα τοιχώματα τους τυχόν στροβιλισμούς (τυρβώδη ροή) σε στρωτή ροή. Επίσης (θεωρητικά και σε άλλο πάντα επίπεδο από τα αντίστοιχα χωνιά των ατμοσφαιρικών πολλαπλών/πολυπετάλουδων) τόσο το μήκος όσο και η ακτίνα του χείλους του χωνιού μπορεί να δώσει ωφέλιμους συντονισμούς. Ο μηχανισμός έχει να κάνει με την επιτάχυνση της ροής μέσα στο χωνί λόγω της μείωσης της διατομής (το αντίθετο «φαινόμενο Βεντούρι» από το διαχύτη, που αναφέραμε πιο πάνω) και με το σχήμα στο χείλος του air funnel: μία σωστή γωνία στο χείλος σε σχέση με το σκέτο σωλήνα του αλουμινένιου κελύφους του συμπιεστή μπορεί να ελαχιστοποιήσει τον τοπικό συντελεστή απωλειών της ροής, βελτιώνοντάς τον τοπικά μέχρι και 40-50%. Εδώ να πούμε ότι εκτός από τα funnels στο inducer, που μπορούν να μας κάνουν καλό, υπάρχουν και αντίστοιχης φιλοσοφίας «κακές-διαβολικές» διατάξεις, διατάξεις οι οποίες σκοπό δεν έχουν τη βελτιστοποίηση της ροής εισόδου, αλλά ...την καταστροφή αυτής: μιλάμε φυσικά για τα περιοριστικά στόμια της εισαγωγής του τούρμπο, που συναντάμε σε διάφορες μορφές και νόρμες μηχανοκίνητου αθλητισμού, τα οποία στραγγαλίζουν την παροχή στην είσοδο και κατ’ επέκταση την ισχύ του μοτέρ, αφού άσχετα με το πόσο μεγάλο είναι το τούρμπο ή τι γίνεται στο μοτέρ, ο αδύναμος κρίκος της ροής, εδώ το στόμιο, είναι αυτό που καθορίζει και τη συνολική παροχή. Το ότι π.χ. στα WRC διαλέγουν αυτό ακριβώς το σημείο για να περιορίσουν την ισχύ, υποδηλώνει πόσο σημαντική είναι για τη ροή του συμπιεστή μία σωστή εισαγωγή του. Για το πως μπορεί κάποιος να παρακάμψει τη διάμετρο του περιοριστικού στομίου, ψάξτε online για την παράβαση κανονισμών της Toyota το 1995 στο στόμιο του τούρμπο της Celica GT-Four (η -κατά πολλούς- πιο έξυπνη τεχνικά «απάτη» στην ιστορία του μηχανοκίνητου αθλητισμού, όταν τους πιάσανε δεν ήξεραν, αν πρέπει να τους τιμωρήσουν ή να τους προσκυνήσουν, πρακτικά κάνανε και τα δύο).

Διαχύτης και συλλέκτης

Το κέλυφος του συμπιεστή, όπως και οι τυπικές φτερωτές του, όπως είδαμε τον Ιούλιο, είναι παραδοσιακά φτιαγμένο από χυτό κράμα αλουμινίου. Τι κράμα? Το πιο φτηνό..! Ναι, ανέκαθεν για τα κελύφη του συμπιεστή επιλεγόνταν τα πιο φτηνά κράματα αλουμινίου, αφού -σε αντίθεση με το κέλυφος του στροβίλου- εδώ δεν έχουμε ιδιαίτερη καταπόνηση από πλευράς αντοχών σε ακραίες θερμοκρασίες και σκοπός του κελύφους του συμπιεστή είναι να αποτελέσει αποκλειστικά τον αεροδυναμικό οδηγό της ροής. Το όποιο φτηνιάρικο αλουμίνιο, τώρα, έχει συγκεκριμένο σχήμα εξωτερικά και εσωτερικά και έτσι -πέραν της προαναφερθείσας εισαγωγής του του πριν το inducer- το κέλυφος έχει άλλα δύο βασικά μέρη για να δούμε ή διαφορετικά, η ροή έχει δύο βασικές περιοχές να περάσει μέσα στο κέλυφος πριν αποχαιρετίσει το σαλίγκαρο. Το πρώτο άκρως σημαντικό στοιχείο σχεδίασης του κελύφους είναι ο «διαχύτης εξόδου» (diffuser), ο οποίος είναι ουσιαστικά μία περιοχή εσωτερικά του κελύφους και όχι κάποιο ξεχωριστό εξάρτημα. Συγκεκριμένα, είναι η περιοχή περιφερειακά της φτερωτής από το σημείο, που η ροή θα αφήσει τη φτερωτή και μετά και πριν αυτή εισέλθει στο περίπου κυκλικής διατομής σπειροειδές-σαλιγκαρίσιο (σπιράλ) κομμάτι του κελύφους. Πρόκειται, δηλαδή, για το εσωτερικό κομμάτι, το οποιο εξωτερικά φαίνεται ως «βαθύ» δακτυλίδι γύρω από την εισαγωγή του κελύφους και πριν το κέλυφος ξαναφουσκώσει στο κυκλικό σπιράλ. Σκοπός του διαχύτη, μέσω του νόμου του Bernοulli, που είδαμε στο Part IV, είναι να μετατρέψει τη -μεγάλης ταχύτητας- ροή, που φεύγει από τη φτερωτή, σε ωφέλιμη στατική πίεση (μετατροπή/ανάκτηση αντίστοιχα κινητικής ενέργειας / δυναμικής πίεσης σε στατική πίεση μέσω διάχυσης), καθώς αυτή στη συνέχεια θα γεμίσει το περιφερειακό σπιράλ του κελύφους. Όταν μιλάμε για αυτοκινητιστικές εφαρμογές, ο διαχύτης δεν έχει πτερύγια καθοδήγησης της ροής και αποτελείται απλά από δύο παράλληλα τοιχώματα («parallel-wall diffuser»): το ένα είναι η συνέχεια του ίδιου του κύριου κελύφους περιφερειακά από εκεί, που σταματάει το exducer της φτερωτής και μέχρι το θάλαμο του σπιράλ, ενώ το άλλο είναι το πίσω στρογγυλό καπάκι, που έρχεται να κουμπώσει-κλείσει το στεγανοποιητικό κέλυφος από την πλευρά του cartridge και την έδραση του άξονα (θα τα δούμε αργότερα αυτά). Γενικώς, θέλουμε ο διαχύτης να έχει σχετικά μικρή αρχική διάμετρο, η οποία αυξάνεται, καθώς πάμε προς το σπιράλ, έτσι ώστε να επιδρά σωστά πάνω στην έντονα τυρβώδη ροή, που εξέρχεται της φτερωτής και αυτός είναι ο λόγος, που η συνολική διάμετρος ολόκληρου του σαλιγκαριού είναι τελικά πολύ μεγαλύτερη από αυτήν του exducer συν του διαχύτη μόνων τους. Η απόσταση μεταξύ των δύο παράλληλων τοιχωμάτων στο διαχύτη και πριν μπει η ροή στο σπιράλ (είναι ήδη περιστρεφόμενη και όχι καθαρά ακτινική ακόμα και πριν το σπιράλ) δεν χρειάζεται να μεγαλώνει για να αυξηθεί η διατομή περιφερειακά κι επομένως να αυξηθεί και η πίεση (και δυστυχώς και η θερμοκρασία...): όπως σε δύο ομόκεντρους κύκλους, για δεδομένη γωνία από το κέντρο, αυτός με τη μεγαλύτερη διάμετρο τέμνεται σε μεγαλύτερο μήκος τόξου από τη γωνία, ομοίως και σε τρεις διαστάσεις (δηλαδή με πάχος κυκλικών δίσκων), όσο απομακρυνόμαστε από το κέντρο τόσο αυξάνεται η διατομή, που πρέπει να περάσει ο αέρας και άρα να επιβραδυνθεί. Αναφέραμε πριν και τις περιπτώσεις διαχυτών με (σταθερά) πτερύγια καθοδήγησης: αυτά είναι τρομερά αποδοτικά ως προς τη ρύθμιση της πορείας ροής κατά το δοκούν σε συγκεκριμένο εύρος ροής, αλλά -από την άλλη- περιορίζουν πολύ το ωφέλιμο εύρος, αφού -εκτός αυτού- κάνουν περισσότερο κακό παρά καλό: αν θεωρητικά πούμε ότι θα θέλαμε ο συμπιεστής μας να λειτουργεί σε συγκεκριμένες στροφές (επομένως το ίδιο και το μοτέρ, πράγμα μη εφικτό σε δρομίσιες αυτοκινητιστικές εφαρμογές, αλλά όχι και σε ειδικές δρομίσιες τύπου μοτέρ-γεννήτρια, το τελευταίο κρατήστε το για τα σειριακά υβριδικά, που έρχονται με φόρα), τότε η χρήση πτερυγίων θα βελτιστοποιούσε τη ροή στις συγκεκριμένες ροές σε σχέση με ένα γυμνό διαχύτη. Καθώς, όμως, οι στροφές και η παροχή θα ανέβαιναν, τα πτερύγια θα αποτελούσαν περιοχή υψηλών απωλειών, τείνοντας να μειώσουν την παροχή μάζας και να στραγγαλίσουν τη ροή: αυτό έχει να κάνει και με το γεγονός ότι η γωνία ολίσθησης του αέρα (βλ. Part IV) αλλάζει και έτσι τα πετυχαίνει με μη ιδανική γωνία προσβολής. Μετά το διαχύτη έρχεται ο «μαζωχτής» του αρχικά συμπιεσμένου αέρα, ο συλλέκτης, ο οποίος και τελικά θα εξάγει τον άερα προς την κατεύθυνση του intercooler/πεταλούδας. Σε μη αυτοκινητιστικές εφαρμογές, αυτός μπορεί να μην είναι καν το γνωστό μας σπειροειδές σαλιγκάρι, παρά ένα απλό πλένουμ, που συσσωρεύει αέρα μετά το διαχύτη. Για τα τούτου μας όμως, όταν αναφέρουμε συλλέκτη, πάντοτε μιλάμε για το σπιράλ του αλουμινίου, αγγλιστί «scroll» ή «volute». Εδώ μιλάμε για ένα περιφερειακό σπιράλ διατομής μεταξύ οβάλ και κυκλικής, περίπου, του οποίου η διατομή αυξάνεται καθώς απομακρύνεται περιφερειακά από το κέντρο του άξονα της φτερωτής, με αποτέλεσμα να μεγιστοποιείται στο σημείο εξόδου του κελύφους. Για το πόσο σαγρέ ή λεία πρέπει να είναι η εσωτερική επιφάνεια του σπιράλ, οι απόψεις διίστανται: κάποιοι κατασκευαστές έχουν πειραματιστεί με λείες επιστρώσεις, αλλά τα αποτελέσματα δεν ήταν σαφή ως προς τα κέρδη. Η διατομή αυξάνεται προς την έξοδο, καθώς μαζεύει όλο και περισσότερη ποσότητα αέρα προς την έξοδο, βοηθώντας ταυτόχρονα περαιτέρω στη διάχυση-επιβράδυνση της ροής και στην αύξηση της στατικής πίεσης. Επιπλέον, δουλειά του σπειροειδούς κελύφους είναι η εξομάλυνση των διακυμάνσεων της στατικής πίεσης στην περιφέρεια του συμπιεστή. Μιλώντας, γενικότερα, για ανάκτηση στατικής πίεσης στο συμπιεστή, ένα μέρος αυτής έχει ήδη γίνει από τη φτερωτή και το υπόλοιπο είναι που αναλαμβάνει ο διαχύτης και το σπιράλ, με άλλα λόγια η διάχυση γίνεται σε τρία μέρη της διάταξης, με το ποσοστό ευθύνης της καθεμίας να εξαρτάται τόσο από τη φτερωτή (τα χαρακτηριστικά που είδαμε τον Ιούλιο) όσο και από το κέλυφος: παλιότερα π.χ. υπήρχαν διαδεδομένα τούρμπο, τα οποία δεν είχαν καθόλου διαχύτη στο κέλυφός τους («scroll diffuser») και η ροή μετά το exducer περνούσε κατευθείαν στο περιφερειακό σπιράλ, το οποίο και αναλάμβανε από μόνο του την ανάκτηση στατικής πίεσης μετά τη φτερωτή. Ωστόσο, ένα τυπικό σημερινό αυτοκινητιστικό τούρμπο διαθέτει και τα δύο παραπάνω και διαχύτη και σπιράλ.  Πολλοί σύγχρονοι συμπιεστές διαθέτουν και ενσωματωμένες σκάστρες (βασικά σχεδόν όλα τα μαμά τούρμπο πλέον), εισόδους για αισθητήρα ταχύτητας περιστροφής τους κτλ., αλλά αυτά τα περιφερειακά θα μας απασχολήσουν ξεχωριστά αργότερα. Η εκάστοτε τώρα σχέση-λόγος του εμβαδού της διατομής προς την ακτίνα το κέντρου του άξονα του συμπιεστή από το κέντρο της διατομής είναι σταθερή και ονομάζεται...

Το A/R του συμπιεστή  

Συνήθως μιλάμε για το A/R του στροβίλου-μαντεμιού, αλλά ακριβώς το ίδιο ορίζεται και για το κέλυφος του συμπιεστή: το «A/R» είναι ακριβώς αυτό που δείχνει το όνομά του, δηλαδή ένα κλάσμα με αριθμητή το εμβαδόν της διατομής σε ένα σημείο του σπιράλ ως προς την απόσταση του κέντρου της διατομής στο σημείο αυτό από το κέντρο του άξονα της φτερωτής. Ο λόγος αυτός ορίζεται καθόλη την περιφέρεια του κελύφους, αλλά είναι παντού ο ίδιος. Και γιατί, λοιπόν, όταν διαλέγουμε τούρμπο, οι κατασκευαστές -κατά βάση- ποτέ δεν δίνουν την επιλογή διαφορετικών A/R στο αλουμίνιο, παρά μόνο στο μαντέμι? Διότι, σε αντίθεση με το στρόβιλο, οι συμπιεστές δεν είναι σχεδόν καθόλου εξαρτώμενοι ρευστομηχανικά από το συγκεκριμένο μέγεθος, οπότε οι κατασκευαστές των τούρμπο για ένα συγκεκριμένο μοντέλο απλά διαθέτουν ένα A/R τύπου «αυτό είναι, αν θες, πάρτο». Το γεωμετρικό αυτό χαρακτηριστικό του κελύφους σαν τιμή μπορεί να ξεκινάει από το περίπου 0,30 για τα μικρά τούρμπο και να ξεπερνάει το 1,0 για τα τέρατα και ήδη κάποιοι θα παρατήρησαν μία μικρή ...μαθηματική ατασθαλία εδώ: εφόσον μιλάμε για εμβαδόν-προς-ακτίνα, το A/R θα έπρεπε να έχει κανονικά μονάδες μέτρησης και συγκεκριμένα μήκους (cm, mm κτλ.), ωστόσο έχει επικρατήσει να είναι αδιάστατο ως τιμή, χωρίς μονάδες, όπως δηλαδή και το Trim, που είδαμε τον Ιούλιο και το οποίο σωστά δεν έχει μονάδες, αφού είναι εμδαδόν-προς-εμβαδόν ή ακτίνα-προς-ακτίνα. Στην πράξη, μεγάλα A/R σημαίνουν καλή απόδοση σε περιοχές μικρής σχετικά πίεσης υπερπλήρωσης, ενώ μικρά A/R (πάντα για δεδομένο γενικό μέγεθος κελύφους μιλάμε) για μεγαλύτερες πιέσεις. Παλιότερα, τo παιχνίδι με το Α/R του αλουμινίου ήταν πιο «μοδάτο» για τον απλό λόγο ότι δεν γινόταν το παιχνίδι με τη γεωμετρία των φτερωτών, που γίνεται σήμερα: όταν οι φτερωτές δεν ήταν backswept στο exducer, αλλά είχαν ευθεία πτερύγωση από το inducer μέχρι πίσω (βλ. Part IV) και λειτουργούσαν, δηλαδή, σε καλό συντελεστή απόδοσης μόνο σε συγκεκριμένο εύρος περιστροφής, το ρόλο του ρυθμιστή της ροής σε ευρύτερο φάσμα απόδοσης τον είχε αναλάβει το κέλυφος μέσω του A/R του. Όταν ξεκίνησε η όλη φάση με τις βαρβάτες φτερωτές και τα CFD μοντέλα τους, η γεωμετρία του κελύφους πέρασε σε απολύτως δεύτερη μοίρα...

Keep your friends close, your enemies closer: οι στενές επαφές φτερωτής-κελύφους

Μιλάμε για το κέλυφος, αλλά μην ξεχνάτε ότι η όποια ροή προκύπτει για να διαχειριστεί αυτό, αυτή προέρχεται από τη φτερωτή, η οποία φωλιάζει μέσα του, οπότε η σχέση αλληλεπίδρασης αυτών των δύο πρέπει να διερευνηθεί περαιτέρω πάραυτα.... Είπαμε πριν ότι εκεί που τελειώνει το exducer, ξεκινάει ο σκέτος διαχύτης του κελύφους κι επομένως μέχρι εκείνο το σημείο το εξωτερικό περίγραμμα της φτερωτής πρέπει να πηγαίνει πιστά μαζί με το εσωτερικό περίγραμμα του κελύφους από το inducer μέχρι το exducer, σωστά? Σωστά, πόσο κοντά, όμως, μέχρι τότε βρίσκονται φτερωτή και κέλυφος από πλευράς συναρμογής? Η απάντηση είναι πολύ κοντά: το διάκενο μίας τυπικής συναρμογής μπορεί να είναι από 0,2mm μέχρι και 0,5mm στα πιο ...ανοχάτα τούρμπο. Σε κάθε περίπτωση, η ανοχή μεταξύ κορυφής πτερυγίου φτερωτής και τοιχώματος κελύφους είναι πεδίο πολέμου μεταξύ αεροδυναμιστών και κατασκευαστών μηχανικών εδώ και δεκαετίες: οι πρώτοι -για ρευστομηχανικούς λόγους- το θέλουν πρακτικά στο ...μηδέν (για να μην δραπετεύει ροή από την πλευρά υπερπίεσης στην υποπίεσης και πέφτει ο βαθμός απόδοσης, βλ. Part IV), αλλά έλα που οι δεύτεροι δεν μπορούν να τους κάνουν τη χάρη…Eξαιτίας των διαστολών, της αδράνειας και των κατασκευαστικών αποκλίσεων στις διαστάσεις, που θα προκύψουν μετά την παραγωγή, οι κατασκευαστές μηχανικοί πρέπει να είναι σίγουροι ότι η διαστασιολόγηση θα αποκλείσει κάθε πιθανότητα επαφής μετάλλου φτερωτής και κελύφους εκεί ψηλά στις 180.000+ rpm κι ας σκούζουν οι αεροδυναμιστές. Δεδομένου, λοιπόν,  ότι μία κάποια πολύ μικρή αξονική και ακτινική μετακίνηση της φτερωτής θα λάβει χώρα θέλουμε δεν θέλουμε κατά τη λειτουργία, τα διάκενα πρέπει να είναι τέτοια, που ακόμα και με τις όποιες παραμορφώσεις δεν θα ακουμπήσουν τα δύο μέταλλα. Ακόμα και η ελάχιστη δυνατή επαφή θα αυξήσει – στην καλύτερη- εκθετικά το ρυθμό φθοράς του τούρμπο, ενώ -στη χειρότερη- μιλάμε για άμεσο καμπούμ. Υπάρχει ο μύθος ότι πολλές φορές, όταν γυρνάμε μία φτερωτή με το χέρι χωρίς πίεση λαδιού κινητήρα και άρα χωρίς λίπανση σε ένα σύγχρονο (και άρα με ελάχιστες ανοχές) τούρμπο, μπορούμε να νοιώσουμε μία απειροελάχιστη αντίσταση από την επαφή της φτερωτής στο inducer με το κέλυφος και αυτό είναι δυνητικό πρόβλημα. Στην πραγματικότητα, όλα είναι under control και σχεδιασμένα να δουλεύουν, όπως πρέπει σε στροφές, που ...μάλλον δεν μπορεί να γυρίσει το χέρι μας: η πίεση του λαδιού, που θα αναπτυχθεί στα έδρανα του cartridge, θα έρθει να ευθυγραμμίσει απόλυτα τον άξονα του τούρμπο και, εφόσον μιλάμε για υγιή και σωστά σχεδιασμένη μονάδα, δεν θα υπάρχει η παραμικρή επαφή υπό κανονική λειτουργία. Αυτό που συμβαίνει με το μύθο πιο πάνω είναι ότι πολλές φορές τα τούρμπο, μετά από σέρβις τους, συναρμολογούνται «στεγνά», δηλαδή χωρίς καθόλου λιπαντικό από τον κινητήρα, με σκοπό απλά να μετρήσουμε κλίσεις του φουλ άξονα (και με τις δύο φτερωτές πάνω) και «θρος»: ρίχνοντας, όμως, ακόμα και λίγες σταγόνες λάδι στην είσοδο λαδιού του cartridge και γυρνώντας τον άξονα με το χέρι, ακόμα και αυτό το λίγο λιπαντικό είναι ικανό να δώσει το προσχεδιασμένο φιλμ ανάμεσα στις επιφάνειες και επομένως να εξαφανίσει κάθε επαφή φτερωτής-κελύφους. Περισσότερα για τη λίπανση του τούρμπο το φθινόπωρο με τα πρωτοβρόχια...

Κελύφη με οπές απομάστευσης επαγωγέα

Μην τα ζητήσετε, όμως, έτσι, γιατί θα σας κοιτάνε σαν χάνοι: «ported shroud» ή «inducer bleed», κέλυφος συμπιεστή λέγονται και μιλάμε για εκείνα τα (κυρίως high-end aftermarket) μοδάτα τούρμπο, που έχετε δει να έχουν στο αλουμίνιο τους και περιφερειακά γύρω (εξωτερικά από το στόμιο ή εσωτερικά) από το στόμιο εισαγωγής τις χαρακτηριστικές εκείνες οπές ή αυλάκια σε διατάξη δακτυλίου. Οι οπές αυτές ενώνουν εν παραλλήλω (bypass) με τη βασική ροή, που συζητάμε ως τώρα, την έξοδο του inducer (το σημείο της φτερωτής λίγο μετά το εμπρός inducer, το σημείο που η φτερωτή από αξονική γίνεται ακτινική) με το εξωτερικό του κελύφους, δίπλα στην κύρια είσοδο του στομίου. Μιλάμε για αγωγούς, με άλλα λόγια, που επιτρέπουν μικρή ποσότητα συμπιεσμένου αέρα από το inducer (και όχι από όλη την φτερωτή) να ξαναβγεί έξω προς το στόμιο εισαγωγής / την ατμόσφαιρα αντί να πάει προς το διαχύτη. Με μία πρώτη ανάγνωση, όλο αυτό μοιάζει με μία διάταξη λανθάνουσας μόνιμα ανοικτής και ανοικτού τύπου «σχάστρας», αλλά δεν είναι έτσι τα πράγματα, είναι πιο πολύπλοκα. Σκοπός της διάταξης είναι η ομαλοποίηση της ροής, όταν ο συμπιεστής λειτουργεί κοντά ή πέρα από το σημείο της πάλμωσης (surge) στο αριστερό μέρος του χάρτη απόδοσής του (καλό φθινόπωρο πάλι γι’ αυτά). Θα τα δούμε αναλυτικά, λοιπόν, τότε, αλλά για την ώρα ας πούμε εδώ ότι, όταν ο συμπιεστής δουλεύει κοντά στην περιοχή ελάχιστης παροχής για δεδομένη πίεση, η ροή γίνεται ασταθής-κυμματώδης και όχι συνεχόμενη. Αυτό αυξάνει τη θερμοκρασία του συμπιεζόμενου ρευστού και ολόκληρο το μοτέρ παραπέει. Οι οπές αυτές του κελύφους στο ύψος του inducer σε ένα μικρό βαθμό προεκτείνουν-γεμίζουν την καμπύλη σε εκείνο το σημείο και άρα δίνουν λίγο ακόμη περιθώριο στη στρωτή λειτουργία πριν αγριέψει. Αλλά, και από την άλλη πλευρά του φάσματος του χάρτη, σε αυτή του στραγγαλισμού-choke (φαινόμενα υπό μεγάλη παροχή, αλλά μικρή πίεση), οι οπές αυτές μπορούν επίσης να διευρύνουν κατιτίς το χάρτη και εκεί. Και στις δύο πλευρές τα κέρδη δεν είναι τεράστια, αλλά υπό περιπτώσεις (και όχι πάντα και σε όλες τις εφαρμογές, όπως θα δούμε, μόνο πανάκεια δεν είναι ένα ported shroud) η βελτίωση του χάρτη και απο τις δύο μεριές είναι εκεί. Με άλλα λόγια, οι εν λόγω οπές απλά θα βελτιώσουν έναν ήδη καλό χάρτη για δεδομένο (ήδη σωστό) πάντρεμα και συνδυασμό συμπιεστή-μοτέρ για την εφαρμογή του μοτέρ, που τον θέλουμε, αλλά δεν θα κάνουν ένα λάθος συμπιεστή τούρμπο ξαφνικά να ταιριάζει ως εκ θαύματος. Και πάμε τώρα στη ρευστομηχανικά λυπητερή του θέματος, την οποία και προαναγγείλαμε. Οι οπές αυτές -υπό συνθήκες- κάνουν κακό και όχι καλό, αφού χάνουμε-χαλάμε ροή, ας δούμε το μηχανισμό πιο αναλυτικά: ο αέρας, που απομαστεύεται από τις οπές πάλι προς τα έξω προς την εισαγωγή, ξαναρουφιέται από το inducer και ξανασυμπιέζεται, δηλαδή, πρακτικά για δεύτερη φορά και άρα θερμαίνεται ακόμα περισσότερο, μειώνοντας τον αδιαβατικό βαθμό απόδοσης! Η δευτερεύουσα αυτή παροχή τώρα των οπών δεν είναι μεταβλητή και μεγιστοποιείται, όταν ο συμπιεστής πλησιάζει τη γραμμή του surge: αν συνεχίσουμε να αυξάνουμε την παροχή του, η ροή από τις οπές μειώνεται και τελικά θα μηδενιστεί (στατική πίεση μόνο χωρίς ταχύτητα) κοντά στην περιοχή μέγιστου βαθμού απόδοσης του συμπιεστή. Καθώς τώρα το εύρος παροχής εκτείνεται και πέρα (δεξιότερα στο χάρτη) από την περιοχή μέγιστης απόδοσης (τα «νησιά» που θα δούμε αργότερα), οι οπές μπορούν ακόμα και να αντιστρέψουν τη ροή τους («αρνητική σχετική πίεση», δηλαδή να ρουφάνε αέρα απ’ έξω προς τη φτερωτή μετά το inducer), με άλλα λόγια να μετατραπούν σε επιπλέον εισαγωγές! Θεωρητικά, λοιπόν, αν ο συμπιεστής είναι ταιριασμένος γάντι -μέσω δοκιμών σε δυναμόμετρο κτλ.- με το μοτέρ και δεν κάνει «νερά» κοντά στο surge, οι οπές του inducer bleed δεν θα πρέπει να προστεθούν στο setup του τούρμπο, αφού και θα μείωναν την απόδοσή του και θα αύξαναν το κόστος του τούρμπο. Δεν ζούμε, όμως, σε αγγελικά πλασμένο κόσμο: στην πράξη, τόσο σε ΟΕΜ όσο και σε aftermarket επίπεδο πάντα θα έχουμε περιπτώσεις όπου το επιθυμητό εύρος λειτουργίας του μοτέρ είναι τόσο ευρύ, που ένας κλασσικός συμπιεστής θα αναγκαστεί να παρέχει πέρα από το όριο στρωτής ροής, όσο καλά καλιμπραρισμένο κι αν είναι το δυναμόμετρο, όσο καλός κι αν είναι ο βελτιωτής και -σε αυτές τις περιπτώσεις- το λίγο παραπάνω στη ροή, που δίνουν οι οπές, ίσως κάνει τη διαφορά. Τα τούρμπο με ported shroud, πέραν των γνωστών τουρμπήχων, εκπέμπουν και επιπλέον υψίσυχνους ήχους, καθώς τα φουλ και τα μισά (splitter vanes, βλ. Part IV) πτερύγια περνάνε μπροστά από τις τρύπες. Η λύση είναι η υιοθέτηση full vanes παντού, ώστε να διπλασιαστεί η συχνότητα του ήχου και να μην ενοχλεί πλέον τους «περίεργους», αλλά μετά χάνουμε τα πλεονεκτήματα των splitter vanes: αφήστε τα λοιπόν, όπως είναι, αν θέλουμε τούρμπο με οπές, λες και ανάμεσα σε όλα τα τσαφ-τσουφ-φρρρρ-παπαπαπα του τούρμπο, θα μας πειράξει και άλλο ένα!